培養創新人才的高校生物工程專業實踐教學模式的探索

李由然 顧正華 張梁 丁重陽 石貴陽

【基金項目】江南大學本科教學改革研究項目JG2015022。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）04-0240-02

作為全球性的新興戰略產業，生物產業以期高增長，高收益的產業特性，引領著世界經濟的增長，2015年全球經濟的增長率位3.3%，而生物產業的增長率卻達30%[1]。當前該專業面臨的一個重大問題是課程體系的設置不夠成熟，尤其是實踐教學環節的欠缺十分顯著；部分學校甚至不具備相應的教學條件，這些都為生物產業領域創新人才的培養帶來了極大困難。

江南大學自生物工程專業開設伊始就有針對性地對本專業的高年級本科學生開設了生物工程綜合實驗課程。概況課程的內容要求表明，生物工程綜合實驗室一門深層次的，多學科性的和綜合性實驗技能培養的實踐性課程[2]。從培養人才的角度看，開設生物工程綜合實驗的目的在于縮短學生在所學的專業基礎與實踐中解決實際問題能力之間的差距，培養學生的創新意識和創新實踐能力。隨著2011年糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室的建成，其作為生物工程實踐教學的重要組成部分，又為創新人才的培養提供了新的探索及模式。

1.探索培養創新型人才的生物工程綜合實踐教學模式的必要性

生物工程是工程型課程，在實踐教學方面，它不僅要培養學生實驗室的基本技能，而且要培養學生操作工程設備，檢測過程參數以及分析這些解決實際問題的能力。[3]由于受到傳統的培養應用型人才教學方法的影響，其教學模式仍是以教師，課堂，教材為中心的模式；在各單元實驗中采用“照本宣科”的方式（即學生嚴格按照實驗教材中的實驗步驟進行實驗），不需要進行太多的思考就可以完成實驗，無法發揮學生的創新性和主動性。另一方面，隨著電子技術，信息技術，化學分析技術的進展，生物工程的研究也有傳統的細胞外環境發展到細胞水平乃至基因水平的多參數多尺度研究。隨著人們對環境治理的重視和生物能源的開發，其應用也越來越廣泛。這就要求我們隨著教學改革的深化，在加強實踐教學和培養創新型人才的今天，要充分發揮學生的主動性，積極性和創新性，使學生在實踐中獲得知識，學會創新。

對于生物工程專業如何培養創新型人才，張梁等在國內教育類雜志上指出：需要將課程教學，專業生產實習和畢業工程設計聯系起來，形成理論（課程教學）-實踐（專業生產實習）-理論（專業課程）-實踐（發酵工藝實踐，畢業論文/設計）多位一體的實踐教學新模式。

2.培養創新型人才的生物工程綜合實驗教學模式實踐

我們多年來不斷對培養創新型人才的生物工程綜合實驗教學模式的實踐模式進行完善，具體操作如下：

（1）實驗室面向本科生開放的探索與實踐

江南大學糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室于2011年5月獲得國家發展與改革委員會批準建設。建有糧食精深加工、通風發酵、厭氧發酵、分離提取與包裝等四個中試平臺。四個中試平臺可以實現單體設備獨立操作，形成從原料處理到產品包裝（GMP水平）整各個生產過程的中試能力。自其建設完成，我校本科生的生物工程綜合實驗課程即安排在本實驗室中進行。我們充分利用中試實驗室現有的空間，劃分成3米和6米兩種層高，3米作為學生實驗臺實驗的場所，6米層高的空間作為工藝設備的空間，分別有機整合成工藝實驗室和分析實驗室兩部分。工藝實驗室中配備了實驗所需的中，大型設備和常用分析儀器，分析實驗室配備了代表了當代分析測試儀器國際先進水平的各種精密儀器與設備，包括透射電子顯微鏡、液相色譜串聯四級飛行時間質譜聯用儀、全數字化核磁共振波譜儀、氣相色譜串聯質譜聯用儀、液相色譜-質譜聯用儀、離子色譜儀、微射流均質機、流式細胞儀等。實驗室和儀器設備基于預約制度面向本科生全天候開放。實驗室中的所有儀器都附有儀器原理，使用說明和操作步驟，大型儀器還錄制簡明的樣品處理及儀器操作視頻。在教師指導后，由學生在教師的輔助下操作這些儀器，學生可對實驗中各種感興趣的參數隨時進行分析表征。實驗室的開放制度雖然一定程度上增加了儀器與試劑的損耗，給實驗室的管理增加了一定難度，但多年的實踐表明，開放式的綜合實驗課程真正做到了以學生為主體，充分發揮了學生的創新精神，增強了動手，動腦的能力，受到了廣大師生的歡迎。

（2）改進和優化實驗內容，學生可分層次自由選擇實驗

我們重點從以下幾點改進和優化了已沿用多年的綜合性實驗內容。首先，精選實驗內容。減少固定實驗步驟的簡單重復性實驗內容，只保留極少部分應熟練掌握基礎操作的經典實驗。同時跟蹤學科發展，把具有學科前沿性和交叉性的成熟的研究成果轉化為實驗內容。其次，保持實驗的系統性和完整性。生物工程研究范圍近幾年來拓展很快，基因工程、蛋白質工程等現代技術使越來越多的產品可通過生物法生產，而工藝與設備的操作往往貫穿在這些產品生產的中下游階段。為培養學生的創新能力，拓寬視野，使其今后有更大更廣闊的發展，有必要對一些非常規生物過程的認識，如增加固態發酵、基因工程菌發酵和動植物細胞培養的實驗。同時結合工程實驗室中試平臺實地介紹包括工藝流程、設備選型、車間布置及工程核算等工程設計的核心內容。再次，學生自由選擇實驗內容。在總計16個實驗中，基礎性綜合實驗開設4個，每位學生可選做2個以上；文獻型、研究型的設計性綜合實驗開設6個，每位學生選做3個以上；探索性綜合實驗（由我院教師比較成熟的科研成果轉化）開設6個，每位學生選1個以上。具體選擇所做實驗的個數，由學生根據教學時數自行確定。

（3）構建多層次實踐教學體系，引導學生開展Seminar交流活動

構建以學生認識專業、實習綜合實踐、課外科技活動、學科競賽、技術實習、專業技能認證、職業技術資格證書、專項設計和畢業頂崗實習等多層次的實踐教學體系。讓學生自己選擇一個實驗，要求其從選題依據、實驗設計、實驗實施、數據分析到最終結論，完成一個完整的過程。小組合作是讓學生參與課堂的重要形式。學生完成實驗選題和實驗設計后，讓每個研究小組派出代表以幻燈片的形式宣講自己的實驗設計，讓其他同學提建議，一方面鍛煉學生的科學表述能力，另一方面可根據大家的建議進一步完善實驗方案。環境研究法課堂授課結束后，就進入實踐環節，實踐就是讓學生將確定好的研究方案付諸實施，讓學生親身感受實驗完整過程，同時將理論知識應用到實際中去，最后形成一份完整的實驗報告，教師可對報告進行檢查，對出現的問題進行及時指導。通過這些環節，全方位訓練學生的創新思維、創新能力、科研能力、設計能力，實現教程、工藝合一，產品合一，全面提升學生的專業應用能力。通過多層次實踐教學，打破了傳統實驗課教學條塊分割的局面，將生物工程的上、中、下游技術有機結合在一起，既減少實驗重復內容，給予學生全局的觀念，又有利于學生開闊視野，培養學生綜合運用生物工程技能分析問題和解決問題的能力。在實踐教學形式上，除了教師講解及演示以外。還應該增強學生創新性的自主學習，根據教學進度定期安排學生進行seminar。例如將班級成員分成多個小組，每組設置組長一名。每個小組根據指導教師講解的知識點自由準備材料，在組長的組織下提出針對某一問題的解決方案。以幻燈片的形式展現，并上臺講解展示，在此過程中其他組別對其進行提問打分。通過這樣一種形式，能夠增強學生創新性的自主學習能力，學生為了準備材料會查閱很多資料，也是對知識點的再次復習過程，同時也是理論結合實際，增強了學習效果。在Seminar活動討論交流后，對學生自己設計的或自帶課題的實驗，只要所設計的實驗方案合理、實驗條件許可，即允許進入開放實驗室開展實驗。

（4）建立實踐性課程考核新體系

要全面真實地檢查學生的創新水平和實踐能力，就必須建立和實施以基本操作技能與創新能力并重的實驗教學考核體系，重視對學生實踐過程的評價。以實驗理論、實驗操作考核、平時成績、實驗報告、成果評價等多樣化考核方法，從設計思路、實驗操作能力、分析綜合能力、創新能力及實驗報告（或論文）等方面對學生進行全方位綜合評價。考核學生在全面掌握和融合知識、培養科學思維和創新意識，掌握基本技能等方面的情況，重點考核學生運用所學的知識和技能創造性地發現問題、分析問題和解決問題的能力，促進學生實驗技能的提高。考評成績由平時成績，期末成績，綜合創新能力成績3部分組成。平時成績占實驗成績的30%，包括實驗預習、學習態度、科學作風、平時操作熟練程度、結果、實驗報告等幾個方面。期末成績占實驗成績的40%，包括抽簽實際操作和抽簽回答實驗理論性問題兩部分。綜合創新能力成績占實驗成績的30%，考核學生的基本知識和基本技能以及綜合分析思考問題的能力。考核的依據是學生的實驗設計方案和綜合性的實驗論文。經過這樣的改革，突出對實踐能力、創新精神及綜合能力的考核，以培養學生求實意識和嚴謹治學的態度，大大激發了學生技能訓練的熱情，調動了學生重視實驗的主觀能動性，有利于培養學生良好的學風，提高了學生的動手能力和實驗基本素質。

參考文獻：

[1]朱林江，鄭飛云，李永仙，等.創新設計型生物工程工藝大實驗的應用[J].實驗科學與技術，2015，13（5）：194-196.

[2]黃敏，邱建平，張影陸，等.產學研合作教育是培養工程應用型人才的有效途徑[J].江南大學學報（人文社會科學版），2004，3（2）：11.

[3]江珩，陳守文，喻子牛.以微生物學為特色的生物工程專業實驗教學改革[J].微生物學通報，2006，33（2）：172-175.

作者簡介：

李由然（1985-），男，河南鄭州人，講師，工學博士，主要從事發酵工程方面的研究。

通訊作者：石貴陽（1963-），男，浙江紹興人，教授，博士，博士生導師，主要從事發酵工程方面的研究。